Устройство и способ для измерения удельного сопротивления горных пород

Номер патента: 9838

Опубликовано: 28.04.2008

Авторы: Страк Курт Мартин, Руэтер Хорст

Есть еще 8 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство для измерения удельного сопротивления горных пород через проводящую трубу в скважине, содержащее зонд, выполненный с возможностью перемещения в скважине; группу потенциальных измерительных электродов, расположенных на зонде на расстоянии друг от друга и выполненных с возможностью создания электрического контакта с указанной трубой; по меньшей мере один токовый питающий электрод, расположенный на зонде и выполненный с возможностью создания электрического контакта с указанной трубой; цифровую схему для измерения напряжения, выполненную с возможностью управляемого соединения с выбранными измерительными приемными электродами; первый обратный токовый электрод, соединённый с трубой вблизи земной поверхности, и второй обратный токовый электрод, расположенный вблизи земной поверхности на расстоянии в стороне от первого токового электрода, а также переключатель для выбора пути возврата для измерительного тока от токового питающего электрода к одному из обратных токовых электродов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровая схема для измерения напряжения содержит по меньшей мере 24-разрядный аналого-цифровой преобразователь.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что частота выборки аналого-цифрового преобразователя по меньшей мере в тысячу раз превышает частоту электрического тока, подаваемого по меньшей мере на один токовый питающий электрод.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит синтезирующий цифровой источник тока, подключенный по меньшей мере к одному токовому питающему электроду.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанный источник тока выполнен с возможностью генерирования постоянного тока с переключаемой полярностью.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанный источник тока выполнен с возможностью генерирования постоянного тока с переключаемой полярностью, рабочий цикл которого составляет менее ста процентов.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанный источник тока выполнен с возможностью генерирования переменного тока заданной частоты и формы.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанный источник тока выполнен с возможностью генерирования псевдослучайной бинарной последовательности.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один управляемый источник фокусирующего тока, электрически подключенный к электродам фокусирующего тока, размещенным на зонде, для поддержания выбранного падения напряжения на паре опорных потенциальных электродов.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровая схема для измерения напряжения выполнена с возможностью определения смещения постоянного тока на потенциальных измерительных электродах при их, по существу, непрерывной работе.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что дополнительно содержит переключатель, выполненный с возможностью избирательного соединения электродов фокусирующего тока с источником фокусирующего тока и цифровой схемой для измерения напряжения.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит процессор, соединённый с переключателем, причем процессор выполнен с возможностью управления переключателем для соединения электродов с цифровой схемой для измерения напряжения, с источником питающего тока и с источником фокусирующего тока.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью выбора соответствующих соединений электродов посредством интерпретации командных сигналов, переданных устройству от управляющего блока, расположенного на земной поверхности.

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью выбора соответствующих соединений электродов на основе измерения падения напряжения по меньшей мере на двух электродах.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит первый переключатель, управляемо соединяющий группу потенциальных измерительных электродов, токовый питающий электрод и цифровую схему для измерения напряжения, и второй переключатель, управляемо соединяющий группу потенциальных измерительных электродов, токовый питающий электрод и источник измерительного тока для проведения измерений падения напряжения по меньшей мере на одной из выбранных изучаемых глубин и при выбранной аксиальной разрешающей способности.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что содержит контроллер, расположенный вблизи зонда, причем контроллер выполнен с возможностью автоматического управления работой первого и второго переключателей.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что контроллер запрограммирован для автоматического управления работой первого и второго переключателей в соответствии с предварительно заданной последовательностью.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что контроллер выполнен с возможностью выделения команд, передаваемых с земной поверхности, для перепрограммирования режима работы первого и второго переключателей.

19. Способ измерения удельного сопротивления горных пород изнутри проводящей трубы в скважине, в котором пропускают электрический ток между первой позицией в скважине через проводящую трубу и второй позицией, расположенной на трубе возле земной поверхности; преобразуют в цифровую форму падение напряжения, измеренного между третьей и четвёртой позициями, которые расположены на трубе между первой и второй позициями; пропускают электрический ток между первой позицией и пятой позицией, расположенной вблизи земной поверхности на удалении от трубы; повторяют преобразование в цифровую форму падения напряжения, измеренного между третьей и четвёртой позициями; и определяют удельные сопротивления горных пород по преобразованному в цифровую форму падению напряжения.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что перемещают первую, вторую и третью позиции и повторяют первое и повторное преобразования в цифровую форму.

21. Способ по п.19, отличающийся тем, что пропускают фокусирующий ток вдоль трубы, который формируют таким образом, чтобы ограничить поток тока от первой позиции к пятой позиции в горизонтальном направлении в окрестности скважины.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что управляют амплитудой фокусирующего тока таким образом, чтобы падение напряжения, измеренное вдоль оси скважины между разными позициями, оставалось, по существу, равным нулю.

23. Способ по п.19, отличающийся тем, что управляют рабочим циклом тока, протекающего от скважины ко второй и пятой позициям возле земной поверхности, для согласования с кажущейся удельной электропроводностью горных пород.

24. Способ по п.19, отличающийся тем, что цифровую выборку выполняют со скоростью, по меньшей мере в тысячу раз превышающей частоту тока, протекающего от первой позиции, для обеспечения возможности определения переходных процессов.

25. Способ по п.19, отличающийся тем, что пропускание электрического тока между первой позицией и четвёртой позицией и пропускание электрического тока между первой позицией и пятой позицией выполняют с переключением полярности постоянного тока.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что частота переключений находится в диапазоне от 0,2 до 20 Гц.

27. Способ по п.25, отличающийся тем, что переключение выполняют в соответствии с псевдослучайной бинарной последовательностью.

28. Способ по п.19, отличающийся тем, что пропускают переменный электрический ток между первой позицией и четвёртой позицией и между первой позицией и пятой позицией.

29. Способ по п.28, отличающийся тем, что частота переменного тока находится в диапазоне от 0,2 до 20 Гц.

30. Способ по п.19, отличающийся тем, что определяют аксиальное расстояние между второй и третьей позициями в соответствии с ожидаемым удельным сопротивлением горных пород.

31. Способ по п.30, отличающийся тем, что создают первоначальную модель горных пород, оценивают удельные сопротивления горных пород по преобразованным в цифровую форму измерениям напряжения и определяют аксиальное расстояние на основе различий между первоначальной моделью и полученными в результате оценки значениями удельных сопротивлений.

32. Способ по п.19, отличающийся тхь, что определяют аксиальное расстояние между первой позицией и по меньшей мере одной из двух, второй и третьей, позиций в соответствии с ожидаемым сопротивлением горных пород.

33. Способ по п.32, отличающийся тем, что создают первоначальную модель горных пород, оценивают удельное сопротивление горных пород по преобразованным в цифровую форму измерениям напряжения и определяют аксиальное расстояние на основе различий между первоначальной моделью и полученными в результате оценки значениями удельных сопротивлений.

34. Способ по п.32, отличающийся тем, что пропускают фокусирующий ток через трубу в выбранных аксиальных положениях, при этом аксиальные положения для пропускания фокусирующего тока выбирают на основании по меньшей мере одной первоначальной модели с учетом различий между этой моделью и полученными оценками удельных сопротивлений, для ограничения области прохождения электрического тока, протекающего от первой позиции, предварительно определенной геометрией.

35. Способ по п.34, отличающийся тем, что регулируют амплитуду фокусирующего тока на основании по меньшей мере одной первоначальной модели с учетом различий между этой моделью и полученными оценками сопротивлений.

36. Способ по п.34, отличающийся тем, что измеряют падение напряжения между выбранными контрольными позициями вдоль трубы и регулируют амплитуду фокусирующего тока таким образом, чтобы падение напряжения между выбранными контрольными позициями было, по существу, равным нулю.

 

Текст

Смотреть все

009838 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится, главным образом, к устройствам для измерения удельного электрического сопротивления горных пород. Более конкретно, оно относится к скважинной аппаратуре для измерения удельного сопротивления горных пород изнутри электрически проводящей трубы или обсадной колонны(через электрически проводящую трубу или обсадную колонну). Предшествующий уровень техники Устройства для измерения удельного электрического сопротивления горных пород известны и применяются для определения свойств изучаемых горных пород. Среди этих свойств наибольший интерес представляет содержание флюидов в поровом пространстве горных пород. При измерении удельного сопротивления с использованием известных в геофизике скважинных приборов обычно требуется, чтобы в результате бурения горные породы были вскрыты и оставались в скважине открытыми с целью проведения измерений внутри открытых пород. Когда скважина полностью пробурила представляющие интерес горные породы, часто в скважину вставляется стальная труба или обсадная колонна, которая цементируется внутри скважины для защиты горных пород, предотвращения гидравлического взаимодействия между залегающими на глубине горными породами и обеспечения механической целостности скважины. Стальная обсадная колонна является очень хорошим электрическим проводником, в результате чего использование обычной (так называемая открытая скважина) техники для определения удельного сопротивления различных горных пород при проведении измерений изнутри стальной трубы или изнутри обсадной колонны представляет значительные трудности. В геофизике известны способы измерения для определения удельного электрического сопротивления горных пород изнутри проводящей трубы или обсадной колонны. Большое число ссылок раскрывают технологию проведения таких измерений. Перечень ссылок, в которых предлагаются различные устройства и способы для определения удельного сопротивления горных пород изнутри проводящих обсадных колонн, включает авторское свидетельство СССР 56052, выданное Альпину Л.М. (1939), на изобретение Способ каротажа в обсаженных скважинах; авторское свидетельство СССР 56026, выданное Альпину Л.М. (1939), на изобретение Технология электрических измерений в обсаженных скважинах; патент США 2459196, выданный Stewart W.H. (1949), на изобретение Способ и устройство для электрического каротажа; патент США 2729784, выданный Fearon R.E. (1956), на изобретение Способ и устройство для электрического каротажа; патент США 2891215, выданный Fearon R.E. (1959),на изобретение Способ и устройство для электрического каротажа; патентная заявка Франции 72.41218, поданная на имя Desbrandes R. и Mengez P. (1972), на изобретение Способ и устройство для измерения удельного электрического сопротивления пород в скважинах, имеющих металлическую обсадку; международная публикация WO 00/79307 А 1, Benimeli D. (2002), на изобретение Способ и устройство для изучения пород, окружающих обсаженную скважину; патент США 4796186, выданныйKaufman A.A. (1989), на изобретение Определение удельной проводимости пород в обсаженных скважинах; патент США 4820989, выданный Vail III,W. (1989), на изобретение Способы и устройства для измерения удельного сопротивления геологических формаций изнутри обсаженных скважин; патент США 4837518, выданный Gard и др. (1989), на изобретение Способ и устройство для измерения удельного электрического сопротивления горных пород через металлическую бурильную трубу или обсадную колонну; патент США 4882542, выданный Vail III,W. (1989), на изобретение Способы и устройства для измерения электрических свойств геологических формаций через скважинную обсадную колонну; патент США 5,043,668, выданный Vail III, W. (1991), на изобретение Способы и устройства для измерения электрических свойств геологических формаций через скважинную обсадную колонну; патент США 5075626, выданный Vail III,W. (1991), на изобретение Устройство для измерения электрических свойств, которое может перемещаться в обсаженной скважине и компенсирует влияние сопротивления обсадки; патент США 5223794, выданный Vail III,W. (1993), на изобретение Способы эксплуатации устройства для измерения удельного сопротивления горных пород внутри обсаженной скважины, основанные на однократном измерении и двух компенсационных операциях; патент США 5510712, выданный Sezginer и др. (1996), на изобретение Способ и устройство для измерения удельного сопротивления пород в обсаженных скважинах; патент США 5543715, выданный Singer и др. (1996),на изобретение Способ и устройство для определения удельного сопротивления пород через обсадную колонну с использованием одножильного электрического каротажного кабеля; патент США 5563514,выданный Moulin (1996), на изобретение Способ и устройство для определения удельного сопротивления пород в обсаженных скважинах, использующий три электрода, которые соединены с мостом для измерения сопротивлений; патент США 5654639, выданный Locatelli и др. (1997), на изобретение Устройство для измерения индукции в присутствии металлических экранов; патент США 5570024,выданный Vail III, W. (1996), на изобретение Определение удельного сопротивления пород, граничащих с обсадкой скважины, на основе использования группы электродов и измерения сопротивления между ними; патент США 5608323, выданный Koelman J.M.V.A. (1997), на изобретение Система электродов для электрокаротажного зонда, предназначенная для определения удельного электрического сопротивления залегающих под землй горных пород; патент США 5633590, выданный Vail III, W. (1997),-1 009838 на изобретение Измерение удельного сопротивления пород внутри обсаженной скважины для количественного определения содержания нефти и газа; патент США 5680049, выданный Gissler и др.(1997), на изобретение Устройство для измерения удельного сопротивления пород через обсадку, имеющую коаксиально вставленные трубы; патент США 5809458, выданный Tamarchenko (1998), на изобретение Способ моделирования характеристик скважинного каротажного устройства для измерения удельного сопротивления через обсадку и его применение для определения удельного сопротивления горных пород; патент США 6025721, выданный Vail III, W. (2000), на изобретение Определение удельного сопротивления пород, граничащих с обсаженной скважиной, посредством пропускания постоянного электрического тока через часть обсадки и использования по меньшей мере двух электродов для измерения напряжений; патент США 6157195, выданный Vail III,W. (2000), на изобретение Измерение удельного сопротивления пород внутри обсаженной скважины для количественного определения содержания нефти или газа; патент США 6246240 В 1, выданный Vail III,W. (2001), на изобретение Определение удельного сопротивления пород, граничащих со скважиной, имеющей обсадку, с применением устройства, у которого все токопроводящие электроды находятся внутри обсаженной скважины; патент США 6603314, выданный Kostelnicek и др. (2003), на изобретение Синхронные токовые включения для измерения удельного сопротивления пород через обсадку; и патент США 6667621,выданный Benimelli, на изобретение Способ и устройство для определения удельного сопротивления пород, окружающих обсаженную скважину. Публикации заявок США, относящихся к данной области техники, включают:2001/0033164 А 1,Vinegar и др., на изобретение Фокусируемые измерения удельного сопротивления через обсадную колонну;2001/0038287 А 1, Amini, Bijan K., на изобретение Каротажный прибор для измерения удельного сопротивления через обсадную колонну, использующий металлические транспаранты и магнитную фокусировку;2002/0105333 А 1, Amini, Bijan K., на изобретение Измерение электрических свойств через магнитно непроницаемые металлы с использованием направленных магнитных пучков и магнитных линз; и 2003/0042016 А 1, Vinegar и др., на изобретение Беспроводная связь с использованием скважинной обсадки. Ниже кратко рассматривается предшествующая технология. В патенте США 2459196 описывается способ измерения внутри обсаженной скважины, при этом электрический ток пропускается через проводящую обсадную трубу таким образом, что некоторое количество тока будет утекать в окружающие горные породы. Величина утекающего тока связана с удельной электрической проводимостью горных пород. US 2459196 не раскрывает какой либо технологии для корректировки измерений с учетом электрической неоднородности обсадки. Патент США 2729784 раскрывает технологию, в которой для создания двух противоположных пар электродов используются три потенциальных электрода, контактирующих с обсадной трубой скважины. Электрический ток протекает через две встречных петли через две пары токовых электродов,которые размещены над и ниже потенциальных электродов таким образом, чтобы исключить влияние электрических неоднородностей в обсадной трубе. Падение напряжения на двух парах электродах связано с током утечки в горные породы. Устройство, описанное в патенте США 2891215, содержит токовый электрод, который расположен между измерительными электродами аппаратуры, раскрытой в патенте US 2729784, и предназначено для создания методики, обеспечивающей полную компенсацию тока утечки. В патенте США 4796186 описана наиболее часто используемая технология для определения удельного сопротивления через проводящую обсадную трубу, которая включает измерение тока утечки в горные породы и измерение тока, проходящего вдоль той же самой части обсадной трубы, в которой производится измерение тока утечки, при этом производится компенсация ошибок при измерении тока утечки, вызванных изменениями сопротивления вдоль обсадной трубы. Другие ссылки описывают различные добавления и усовершенствования основной технологии измерения удельного сопротивления через обсадную трубу. Известные в геофизике способы измерения удельного сопротивления через обсадную трубу могут быть подытожены следующим образом. Прибор, погружаемый в скважину, имеет по крайней мере один электрод (А), который контактирует на различных глубинах с обсадной трубой. Обратный токовый электрод В на обсадной трубе расположен на ее верхнем конце и соединен с ней. Обратный токовый электрод В в породе расположен на земной поверхности на некотором удалении от скважины. В процессе выполнения работ производится запись падения напряжения и тока, текущего от электрода А, устанавливаемого в скважине на разных глубинах, сначала к электроду В в верхней части обсадной трубы, а затем к обратному электроду В в породе. Электрический ток и падение напряжения на обсадной трубе (АВ) используются для корректировки измерений, падения напряжения и электрического тока через породы (А-В) с учетом влияния неоднородностей в обсадной трубе. Если бы земля и обсадная труба были однородными, то графики зависимости от глубины падения напряжения на обсадной трубе и падения напряжения при прохождении через обсадную трубу и породы были бы практически линейными. Как хорошо известно в данной отрасли техники, обсадная труба имеет неоднородности, даже когда она является новой, это обусловлено существованием допустимых отклоне-2 009838 ний в конструкции и составе, а также наличием соединительных муфт (резьбовых сочленений), которые используются для соединения отдельных частей обсадной трубы. Очевидно, что горные породы вообще не являются однородными, и породы с большим сопротивлением обычно являются объектом глубинных исследований, потому что именно в таких горных породах может присутствовать нефть, тогда как в более проводящих породах следует ожидать наличия связанной воды в поровом пространстве. Поэтому наибольший интерес при определении удельного сопротивления горных пород вне обсадной трубы с использованием известных в геофизике технологий представляют аномальные зоны в графике зависимости падения напряжения от глубины. Проводимость горных пород связана с величиной тока, утекающего из обсадной трубы в породы. Зависимость удельной проводимости пород от глубины обычно связывается со второй производной падения напряжения вдоль А-В по глубине, когда ток идет между А и В. Обычно вторая производная от падения напряжения измеряется с использованием как минимум трх расположенных вдоль оси отдельных электродов, находящихся в контакте с обсадной трубой и присоединнных к каскадным дифференциальным усилителям, выходы которых в свою очередь соединены со схемой для измерения напряжения. Усовершенствования базисного метода, которые доказали свою полезность, включают системы,создающие небольшую осевую зону вдоль обсадной трубы, в которой, по существу, отсутствует электрический ток вдоль самой обсадной трубы, что позволяет уменьшить влияние неоднородности обсадной трубы на точность измерения падения напряжения, создаваемого током утечки. На практике, проведение измерений с использованием известных в геофизике методов и аппаратуры, осуществляется при фиксированном положении аппаратуры в скважине, что требует больших затрат времени на проведение измерений в пройденных скважиной породах, которые представляют интерес для разведки. Кроме того, измеряемые падения напряжения являются малыми и поэтому будут ограничиваться шумом электронных устройств, используемых для их измерения. Можно также отметить, что известные в геофизике системы для создания зон с отсутствием тока или известным значением электрического тока, которые используются при измерении падения напряжения, обычно являются аналоговыми системами, и таким образом подвержены ограничениям в точности измерений, свойственным аналоговым системам. В геофизике известно также использование низкочастотного переменного тока (АС) для индуцирования протекания тока по обсадной трубе и в горных породах. Переменный ток используется для исключения ошибок, вызванных электрической поляризацией обсадной трубы и электродов при использовании непрерывного постоянного тока (DC). Обычно частота переменного тока ограничена диапазоном от 0,01 до 20 Гц, чтобы избежать ошибок в измерениях, обусловленных диэлектрическими эффектами или скинэффектом. Также известны способы с переключением полярности постоянного тока при проведении измерений удельного сопротивления через обсадную трубу, которые позволяют исключить проблему поляризации, но могут создавать ошибки при измерениях, вызываемые переходным процессом при переключении полярности постоянного тока. Ошибки, создаваемые переходными процессами и низкочастотным переменным током, не могут быть учтены достаточно простыми способами при использованием известных систем. Сущность изобретения Одним из аспектов изобретения является устройство для измерения удельного сопротивления горных пород через проводящую трубу в скважине. Устройство содержит зонд, выполненный с возможностью перемещения в скважине, и группу измерительных приемных электродов, которые расположены на зонде на расстоянии друг от друга. На зонде расположен по меньшей мере один токовый питающий электрод. Все электроды могут устанавливать электрический контакт с трубой. Устройство содержит цифровую схему для измерения напряжения, выполненную с возможностью управляемого соединения с выбранными измерительными приемными электродами. Другим аспектом изобретения является способ измерения удельного сопротивления горных пород изнутри проводящей трубы в скважине. Способ согласно этому аспекту изобретения включает пропускание электрического тока между первой выбранной позицией в скважине через проводящую трубу и второй позицией, расположенной на трубе возле земной поверхности. Падение напряжения, измеренного между третьей и четвртой позициями, которые расположены на трубе между выбранными первой и второй позициями, преобразуют в цифровую форму. Затем электрический ток пропускают между первой выбранной позицией и пятой выбранной позицией, расположенной вблизи земной поверхности на удалении от трубы. Повторяют преобразование в цифровую форму падения напряжения, измеренного между третьей и четвртой позициями. Удельное сопротивление горных пород определяют по преобразованному в цифровую форму падению напряжения. Другие аспекты и преимущества изобретения будут очевидны из приведенного ниже описания и приложенной формулы изобретения. Перечень чертежей На фиг. 1 показан пример устройства для измерения удельного сопротивления через обсадную трубу в соответствии с изобретением при его использовании в обсаженной скважине;-3 009838 на фиг. 2 приведена более детальная схема примерного устройства, изображнного на фиг. 1; на фиг. 3 А-3 С иллюстрируются различные примеры формы кривой тока при измерении удельного сопротивления через обсадную трубу согласно изобретению; на фиг. 4 показан пример устройства для измерения удельного сопротивления через проводящую трубу, которое содержит фокусирующую ток систему; на фиг. 5 изображн альтернативный вариант устройства, содержащий избирательно подключаемую совокупность электродов на сердечнике зонда; на фиг. 6 приведена блок-схема последовательности операций при работе устройства, изображнного на фиг. 4 и предназначенного для автоматической оптимизации управления подключением электродов в соответствии с характеристикой устройства, основанной на модельных данных. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Один из вариантов реализации скважинного каротажного устройства, используемого для измерения удельного сопротивления горных пород изнутри скважины, когда скважина имеет внутри проводящую трубу или обсадную трубу (колонну), схематически изображн на фиг. 1. Устройство 10 может содержать зонд или подобный корпус 18 в виде сердечника. Корпус 18 предпочтительно выполнен из непроводящего электрический ток материала или имеет такой непроводящий материал на своей внешней поверхности. Корпус 18 может опускаться в скважину 14 и удаляться из нее при помощи любого известного в геологии спуско-подъмного оборудования для скважинных каротажных устройств. В настоящем примере спуско-подъмным средством может быть бронированный электрический кабель 16, который разматывается и сматывается лебдкой 28. Может быть использовано и другое известное в геологии оборудование для выполнения спуско-подъмных операций, включающее бухтовые тюбинги, бурильные трубы, эксплуатационные трубопроводы и т.п. Соответственно, спуско-подъмные средства не могут ограничивать объм настоящего изобретения. Скважина 14 бурится через различные горные породы, показанные схематически под номерами 22,24 и 26. После окончания бурения скважины 14 в не вставляется проводящая труба 12 или обсадная труба. Если труба 12 является обсадной трубой, то обсадная труба 12 обычно цементируется внутри скважины 14, хотя цементирование трубы или обсадной трубы не является необходимым условием для работы устройства 10. Вариант реализации изобретения, приведенный на фиг. 1, рассмотрен на примере обсадной трубы, которая вставлена в пробуренную скважину и зацементирована, однако, следует понимать, что другие типы электрически проводящих труб, такие как буровые трубы, бухтовые тюбинги,эксплуатационные трубопроводы и аналогичное оборудование, могут быть также использованы при работе с этим устройством в соответствии с данным изобретением. В одном конкретном примере в качестве трубы 12 может быть не обсадная труба, а бурильная труба, введенная в скважину 14, после чего устройство 10 опускается во введенную буровую трубу на бронированном электрическом кабеле 16 для проведения измерений, рассмотренных в последующем описании. Бронированный электрический кабель 16 содержит один или несколько изолированных электрических проводов (не показанных отдельно), и служит для подачи электрической энергии к устройству 10,расположенному в скважине 14. Электрическая энергия может подводиться от регистрирующего блока 30, расположенного на поверхности земли, и в него же могут передаваться сигналы от устройства 10 с использованием электрических проводов в кабеле 16. Регистрирующий блок 30 может быть также использован для записи и/или интерпретации сигналов, получаемых от устройства 10 в скважине 14. Регистрирующий блок 30 может содержать электрический блок питания 32, который используется при проведении измерений для определения удельного сопротивления различных горных пород 22, 24, 26. В настоящем описании любой электрический блок питания, который используется для выполнения измерений, связанных с определением удельного сопротивления пород, будет относиться к источнику измерительного тока. Блок питания 32 может быть также использован только для обеспечения электрическим питанием различных измерительных и управляющих схем, показанных в общем виде под номером 20 на фиг. 1 в устройстве 10. Функциональное предназначение различных схем в устройстве будет рассмотрено ниже со ссылкой на фиг. 2. Снова возвращаясь к фиг. 1, измерительный обратный токовый электрод 34 В устанавливается на поверхности земли на выбранном расстоянии от скважины 14. Измерительный обратный токовый электрод 34 В обычно устанавливается в породе вблизи земной поверхности таким образом, чтобы обеспечить электропроводящий путь до горных пород 22, 24, 26, пробуренных скважиной 14. Измерительный обратный токовый электрод 34 В обеспечивает, в частности, прохождение измерительного тока через горные породы 22, 24, 26 от токового питающего электрода А в устройстве 10. Измерительный обратный токовый электрод 34 В может быть присоединн, как показано на фиг. 1, к схемам 35 В в регистрирующем блоке 30, или в альтернативном варианте к одному из электрических проводов (не показанных раздельно) в кабеле 16. Обратный токовый электрод 34 В на обсадной трубе, который показан соединнным с верхней частью трубы или обсадной трубы 12, обеспечивает обратный путь измерительного тока, протекающего от токового питающего электрода А в устройстве 10 к верхней части обсадной трубы 12. Обратный токовый электрод 34 В на обсадной трубе может быть присоединн к схемам 35 В в регистрирующем блоке 30, или соединн с одним из проводов (не показаны) в кабеле 16 для возврата к схемам 20-4 009838 в устройстве 10. Устройство 10 содержит группу электродов, обозначенных буквами А и от Р 0 до Р 6, которые размещены на корпусе 18 зонда в виде сердечника и расположены на расстоянии друг от друга вдоль его оси. Электроды А, Р 0-Р 6 электрически изолированы друг от друга при помощи непроводящего материала, расположенного на внешней поверхности или формирующего корпус 18 зонда в виде сердечника. Каждый из электродов А, Р 0-Р 6 механически и электрически выполнен с возможностью создания хорошего электрического контакта с обсадной трубой 12. Известны различные типы электродов, контактирующих с обсадной трубой, которые включают щтки, шипы, приводимые в действие гидравликой,зубчатые колса и аналогичные устройства. Каждый из электродов А, Р 0-Р 6 соединн с выбранной частью электронных схем 20 в устройстве 10. В процессе работы устройства 10, если оно перемещается бронированным кабелем, кабель 16 разматывается лебдкой 28 до тех пор, пока устройство 10 не расположится на выбранной глубине в скважине 14. Электрический ток проходит через обсадную трубу 12, через горные породы 22, 24, 26 посредством управляемого соединения между токовым питающим электродом А на одном конце токового пути и обратным электродом 34 В на обсадной трубе или обратным электродом 34 В в породе, соответственно, на другом конце токового пути. Производятся измерения напряжения, существующего между опорным потенциальным электродом, показанным как электрод Р 0 на фиг. 1, и одним или несколькими потенциальными измерительными электродами, Р 1-Р 6 на фиг. 1. В зависимости от типа используемых электродов, например щетки или зубчатые колса, в некоторых вариантах реализации изобретения оказывается возможным медленное перемещение устройства 10 по скважине 14 в процессе проведения измерений. Для других типов электродов, таких как приводимые в действие гидравликой шипы, необходимо, чтобы устройство 10 оставалось практически неподвижным в процессе одной измерительной последовательности. После выполнения измерения напряжения независимо от того, перемещалось устройство 10 или оставалось неподвижным, устройство 10 постепенно поднимается по скважине 14, пока в выбранной части скважины 14, которая включает представляющие интерес породы 22, 24, 26, не будут проведены соответствующие измерения напряжения, как с использованием обратного токового электрода 34 В на обсадной трубе, так и обратного токового электрода 34 В в породе. Один из вариантов электронных схем 20 более детально показан на фиг. 2. Этот вариант схем 20 может содержать центральный обрабатывающий блок 50 (CPU), который может быть предварительно программируемым микрокомпьютером или программируемым микрокомпьютером. В рассматриваемом варианте CPU 50 предназначен для выделения управляющих команд из форматированного телеметрического сигнала, посылаемого регистрирующим блоком (30 на фиг. 1) к телеметрическому примопередатчику и блоку питания, обозначенным как 48. Кроме того, телеметрический примопередатчик 48 выполняет операции форматирования сигналов, передаваемых CPU 50, для передачи по проводу кабеля 16 А к регистрирующему блоку (30 на фиг. 1), а также прима и стабилизации электрической энергии, посылаемой по проводу 16 А для использования различными компонентами схем 20. CPU 50 может быть также перепрограммирован командными сигналами, когда они определяются телеметрическим примопередатчиком 48 и передаются на CPU 50. Перепрограммирование может включать, например, изменение формы кривой измерительного тока, который использовался для проведения рассмотренных ранее измерений падения напряжения. Среди других примеров перепрограммирования можно отметить изменение амплитуды измерительного тока, а также изменение частоты дискретизации при измерении падения напряжения. Другие виды перепрограммирования будут рассмотрены при ссылках на фиг. 4-6. Вариант реализации изобретения, показанный на фиг. 2, содержит электрический телеметрический примопередатчик 48, однако, следует понимать, что оптическая телеметрия также может быть использована в некоторых вариантах изобретения, и в таких вариантах телеметрический примопередатчик 48 должен содержать соответствующие фотоэлектрические датчики и передающие устройства, известные в этой области техники. В этих вариантах кабель 16 должен включать по меньшей мере одно оптоволокно для передачи телеметрических сигналов. Один из вариантов бронированного электрического кабеля, содержащего внутри оптоволокно для телеметрии сигналов, раскрыт в патенте США 5495547, выданныйRafie и др. В других вариантах оптоволокно может использоваться для передачи электрической энергии к устройству 10 от регистрирующего блока 30. Кабель, раскрытый в патенте Rafie и др. US 5495547, или другие аналогичные оптоволоконные кабели могут быть использованы в этих вариантах для передачи энергии к устройству по оптоволоконному кабелю.CPU 50 может быть программирован изначально (или с помощью перепрограммирующих телеметрических сигналов) с включением цифровых представлений различных форм кривой тока, которые использовались при пропускании тока через горные породы (22, 24, 26 на фиг. 1) и обсадную трубу (12 на фиг. 1) для определения удельного сопротивления горных пород (22, 24, 26 на фиг. 1). Цифровое представление включает информацию о частотном составе, форме сигнала и амплитуде тока, пропускаемого через породы и обсадную трубу. Цифровое представление может быть введено в цифроаналоговый преобразователь 42 (DAC), который генерирует аналоговый сигнал по цифровому представлению. Аналоговый сигнал с выхода DAC 42 затем податся на вход усилителя 44 мощности. Выход усилителя 44 мощности соединяется с токовым питающим электродом А и с переключателем 47. Переключатель 47 управ-5 009838 ляется CPU 50. Переключатель 47 осуществляет соединение второго выходного терминала усилителя 44 мощности с обратным электродом В на обсадной трубе либо с обратным электродом В в породе, или другими токовыми электродами при других расстановках электродов. В альтернативном варианте второй выходной терминал усилителя 44 мощности может быть подключн к одному или нескольким проводам кабеля (к 16 А или к другому проводу), и переключение соединения с обратными электродами на обсадной трубе и в породе может быть выполнено в регистрирующем блоке (30 на фиг. 1). В ещ одном альтернативном варианте DAC 42 и усилитель 44 мощности исключены из схем 20, а измерительный ток и необходимые переключения обеспечиваются блоком питания (32 на фиг. 1) в регистрирующем блоке (30 на фиг. 1) и соответствующими проводами (не показаны) в кабеле (16 на фиг. 1). В этом последнем варианте реализации изобретения измерительный ток может быть подведен к питающему электроду А с использованием одного или нескольких проводов в кабеле, например, 16 А на фиг. 2. В рассматриваемом варианте измерения напряжения могут быть проведены между опорным потенциальным электродом Р 0 и одним из выбранных потенциальных измерительных электродов Р 1-Р 6. Один из измерительных электродов, показания которого используются для измерения в данный момент времени, управляется мультиплексором 40 (MUX), который сам может управляться CPU 50. Выход MUX 40 соединяется со входом малошумящего предварительного усилителя или усилителя 38. Выход предварительного усилителя 38 подключн к аналого-цифровому преобразователю 36 (ADC). ADC 36 может быть сигма-дельта преобразователем, аналого-цифровым преобразователем с последовательным приближением или любым другим известным в технике устройством для аналого-цифрового преобразования. Желательно использовать устройство, которое может обеспечивать по меньшей мере 24-разрядное представление входного сигнала. Цифровые сигналы с выхода ADC 36 представляют измеренный потенциал между опорным электродом Р 0 и одним из выбранных MUX измерительных электродов Р 1-Р 6. Одно из возможных преимуществ использования MUX 40 и одного предварительного усилителя 38, как следует из фиг. 2, заключается в том, что аналоговая часть схемы для измерения напряжений будет, по существу,одинаковой, независимо от того, какой из измерительных электродов Р 1-Р 6, служащих для измерения напряжения, опрашивается для определения разности потенциалов относительно электрода Р 0. В результате ошибки измерения, вызванные разницей в характеристике предварительного усилителя 38, могут быть уменьшены или исключены. Предпочтительным является использование 24-разрядного ADC 36,разрешающая способность которого позволяет проводить измерения при разнице в напряжениях до одного нановольта (110-9 В). В альтернативном варианте каждый измерительный электрод Р 1-Р 6 может быть подключн к одному входному терминалу отдельного предварительного усилителя (не показанного на чертеже) для каждого электрода Р 1-Р 6, таким образом, исключая MUX 40 из аналоговой входной схемы. Цифровые значения, представляющие измеренное напряжение, могут быть переданы из ADC 36 вCPU 50 для включения в телеметрию для регистрирующего блока (30 на фиг. 1). В альтернативном варианте CPU 50 может включать свою собственную память или другое запоминающее устройство (не показано отдельно) для хранения цифровых значений до тех пор, пока устройство (10 на фиг. 1) не будет удалено из скважины (14 на фиг. 1). В некоторых вариантах реализации изобретения частота опроса ADC 36 находится в диапазоне нескольких килогерц (кГц) для обеспечения большого числа выборок измеряемого сигнала, предпочтительно не менее одной тысячи на один период тока, а также для обеспечения возможности производить выборку в зоне переходных процессов, когда переключаемый постоянный ток используется как измерительный ток для проведения измерений удельного сопротивления. В таком варианте частота переключений постоянного тока может быть в диапазоне от 0,01 до 20 Гц, таким образом,давая возможность ADC 36 делать от одной тысячи до нескольких тысяч выборок измеряемого напряжения в каждом периоде переключаемого постоянного тока. В настоящем варианте ADC 36 работает практически непрерывно для обеспечения относительно большого числа цифровых выборок сигнала в каждом периоде измерительного тока. В рассматриваемом варианте такая практически непрерывная работа ADC 36 может обеспечить преимущество точного, быстрого определения любого смещения постоянного тока в измерениях напряжения. Такое смещение постоянного тока необходимо учитывать для получения высокой точности при определении удельного сопротивления породы по данным измерений напряжения. В известных в технике системах, в которых приборы не производят непрерывного измерения напряжения, необходимо определять смещение постоянного тока другими средствами, см., например, патент США 5467018, выданный Rueter и др. Форма кривой измерительного тока, как уже было показано ранее, может быть генерирована введением формирующих сигнал численных значений из CPU 50, или другого запоминающего устройства (не показанного) в DAC 42. Обращаясь теперь к фиг. 3 А, 3 В, 3 С, рассмотрим несколько типичных форм кривой тока, которые наиболее подходят для измерения удельного сопротивления через обсадную трубу(или через электрически проводящую трубу). Фиг. 3 А является графиком изменения во времени выходного тока усилителя (44 на фиг. 2) мощности. Кривая тока 60 на фиг. 3 А является низкочастотной (от 0,01 до 20 Гц) прямоугольной волной, которая может быть генерирована с использованием переключаемого постоянного тока, или введением соответствующих чисел, представляющих такую форму кривой, вDAC (42 на фиг. 2). Ток 60 на фиг. 3 А является периодическим, т.е. имеет практически постоянную час-6 009838 тоту в течение выбранного интервала времени и имеет 100% рабочий цикл, т.е. ток протекает практически вс время. Другая возможная форма кривой тока 60 показана на фиг. 3 В. Кривая тока на фиг. 3 В является прямоугольной волной со случайной или псевдослучайной частотой, и также имеет 100% рабочий цикл. Как и в предыдущем примере (фиг. 3 А) вариант формы кривой тока, показанный на фиг. 3 В может быть сформирован введением соответствующих цифровых значений из CPU (50 на фиг. 2) в DAC (42 на фиг. 2). Преимущество случайных переключений заключается в том, что они позволяют избежать появления зеркальных частот или других вредных эффектов, связанных с периодической выборкой данных. Другая возможная форма кривой тока 60 показана на фиг. 3 С. Кривая тока 60 на фиг. 3 С является периодической прямоугольной волной, у которой рабочий цикл менее 100%. Такой рабочий цикл является следствием временных интервалов, показанных под номером 62, в течение которых ток не протекает. Как и в предыдущем варианте (фиг. 3 А) форма кривой тока, показанного на фиг. 3 С, может быть сформирована введением соответствующих цифровых значений из CPU (50 на фиг. 2) в DAC (42 на фиг. 2). Использование рабочего цикла менее 100% целесообразно применять в случае необходимости экономии электрической энергии, когда измеряемое падение напряжения достаточно большое, что позволяет уменьшить число выборок при измерении напряжения. Использование рабочего цикла менее 100% может также дать возможность определять некоторые переходные процессы путм измерения падения напряжения между различными электродами (между Р 0 и Р 1-Р 6 на фиг. 1) в течение коротких временных интервалов после выключения тока. Эффект такого наведенного потенциала (IP) может быть связан с составом флюида в поровом пространстве горных пород (22, 24, 26 на фиг. 1). Рабочий цикл менее 100% может также дать возможность более точно определять смещение постоянного тока посредством использования значения из временных интервалов 62, в течение которых отсутствует протекание тока в качестве опорного. Предшествующие примеры, показанные на фиг. 3A, 3 В и 3 С, не являются единственными формами кривой тока, которые могут быть сформированы применением CPU/DAC комбинации, изображнной на фиг. 2. Квалифицированные специалисты понимают, что практически любая кривая тока с заданной частотой и формой, включая, например, синусоидальную кривую, может быть сформирована путм введения соответствующих цифровых значений в DAC (42 на фиг. 2). В некоторых вариантах цифровые значения могут храниться в CPU (50 на фиг. 2). В других вариантах сами цифровые значения или команды,которые активируют цифровые значения для выбранной кривой тока, могут передаваться из регистрирующего блока (30 на фиг. 1) к устройству (10 на фиг. 1) по кабелю (16 на фиг. 1). В других вариантах сигнал может быть псевдослучайной бинарной последовательностью (PRBS). Снова обращаясь к фиг. 2, отметим, что некоторые варианты реализации изобретения могут включать одну или несколько следующих особенностей, запрограммированных в CPU 50, или запрограммированных в компьютере в регистрирующем блоке (30 на фиг. 1) на поверхности. Некоторые варианты могут включать автоматическое редактирование измерений напряжения, сделанных одной или несколькими электродными парами, Р 0 с любым электродом Р 1-Р 6. Например, если отдельный цифровой отсчт напряжения представлен числом, значение которого находится за пределами выбранного диапазона, то этот отсчт может быть исключн, и интерполированное значение может быть записано в памяти CPU 50, или передано в регистрирующий блок (30 на фиг. 1) для этого удалнного значения отсчта. В альтернативном варианте, если измеренное напряжение не увеличивается монотонно с увеличением расстояния между Р 0 и различными измерительными электродами Р 1-Р 6, то аномальные отсчты напряжения могут быть исключены; интерполированы или иным способом не записываться непосредственно в память. Другие варианты могут включать суммирование отсчетов напряжения, соответствующих одинаковым электродным парам (Р 0 с любым из Р 1-Р 6) при практически одинаковой глубине погружения в скважине, с целью существенного улучшения отношения сигнала к шуму при проведении измерений. Снова обратимся к фиг. 1, другие варианты реализации изобретения могут содержать постоянное расположение совокупности электродов, как показано на фиг. 1 под А и от Р 0 до Р 6 в обсадной трубе 12. Кабель или аналогичное оборудование может быть использовано для осуществления электрического соединения с приборами на земной поверхности устройства, расположенного внутри скважины 14 на выбранной глубине, ближайшей к содержащему нефть резервуару, например, к породе 24 на фиг. 1. Измерения могут проводиться в выбранные интервалы времени в течение всего периода существования скважины 14 для определения перемещения водо-нефтяного контакта (не показанного на фиг. 1) с течением времени. При таком постоянном размещении электродов А, Р 0-Р 6 схемы 20 могут быть расположены на поверхности земли или могут сами располагаться в скважине 14, как и в случае описанного здесь ранее устройства, поднимаемого и опускаемого кабелем. Работа с устройством может выполняться большим числом различных способов, некоторые из них будут рассмотрены здесь. В стандартной технологии выполнения работ устройство 10 перемещается на заданную глубину в скважине 14, на которой должны быть проведены измерения. Сначала приводятся в действие схемы 20 с использованием либо внутреннего программирования CPU (50 на фиг. 2), либо команд, передаваемых от регистрирующего блока (30 на фиг. 1), для измерения падения напряжения, вызванного протеканием тока исключительно вдоль обсадной трубы 12. Чтобы провести измерение паде-7 009838 ния напряжения на обсадной трубе, усилитель (44 на фиг. 2) мощности соединяется с питающим токовым электродом А на устройстве 10 и обратным токовым электродом 34 В на обсадной трубе (12 на фиг. 1), соединенным с ее верхним концом на земной поверхности. Затем производятся измерения напряжения между Р 0 и любым одним или несколькими электродами от Р 1 до Р 6. Выход усилителя (44 на фиг. 2) мощности затем переключается для подключения измерительного тока к измерительному обратному токовому электроду 34 В на земной поверхности. Выполняется другая серия измерений напряжения между Р 0 и теми же самыми электродами от Р 1 до Р 6. Устройство 10 может быть затем перемещено на выбранное расстояние по оси скважины 14 и вся измерительная процедура повторяется. Значения разности напряжений, измеренных между Р 0 и одним или несколькими электродами Р 1-Р 6, могут быть математически преобразованы во вторую производную измеренного падения напряжения по глубине скважины 14. Значения такой второй производной связаны с глубинной утечкой тока в горные породы 22, 24, 26,и таким образом связаны с удельной электрической проводимостью каждой из пород 22, 24, 26. Благоприятным обстоятельством является то, что устройство, компоновка которого соответствует показанной на фиг. 1 и 2, не требует измерения падения напряжения с использованием каскадных дифференциальных усилителей (каждый из которых был бы аналоговым) для определения второй производной падения напряжения по глубине. Эксплуатационные качества устройства в соответствии с данным изобретением могут быть улучшены при использовании систем фокусирующего тока для осевого ограничения потока измерительного тока через различные горные породы. Пример устройства, которое содержит системы фокусирующего тока схематически изображн на фиг. 4. Принцип измерения с использованием устройства, показанного на фиг. 4, описан в патенте США 2729784, выданном Fearon, и включнного в описание в качестве противопоставляемого материала. Устройство на фиг. 4 содержит совокупность электродов, расположенных в выбранных местах вдоль сердечника устройства или его корпуса (18 на фиг. 1). Электроды могут быть одинаковыми по механической и электрической конструкции с электродами, описанными выше при ссылке на фиг. 1. Электроды приспособлены для осуществления электрического контакта с трубой или обсадной трубой (12 на фиг. 1) в скважине (14 на фиг. 1). Электроды в варианте реализации изобретения, изображнном на фиг. 4, содержат две пары электродов фокусирующего тока, показанных как В 1 А, В 1 В и В 2 А, В 2 В приблизительно одинаково расположенных вдоль оси с каждой стороны центрального питающего электрода МО измерительного тока. Опорные измерительные потенциальные электроды R1A, R1B и R2A, R2B расположены соответственно между каждой электродной парой В 1 А, В 1 В и В 2 А, В 2 В фокусирующего тока и питающим электродом МО измерительного тока. Каждая электродная пара В 1 А, В 1 В и В 2 А, В 2 В фокусирующего тока присоединена к выходу соответствующего усилителя 44 А, 44 С мощности фокусирующего тока, соответственно. В рассматриваемом варианте фокусирующий ток генерируется усилителями 44 А, 44 С мощности, соединнными с выходами соответствующих DAC 42 А, 42 С. Каждый DAC 42A, 42 С может быть присоединн к шине или другому сходному соединению с CPU 50. Как и в рассмотренном выше варианте со ссылкой на фиг. 2, вариант, показанный на фиг. 4, может содержать цифровые значения, хранящиеся в памяти или транслируемые CPU 50, определяющие форму кривой фокусирующего тока, который должен быть генерирован каждым усилителем 44 А, 44 С мощности и подведн к обсадной колонне (12 на фиг. 1). Среди основных характеристик тока управляемыми являются, помимо прочих, амплитуда, фаза, частота и рабочий цикл. Каждая пара опорных измерительных потенциальных электродов R1A, R1B и R2A, R2B связана через входные терминалы соответствующих малошумящих предварительных усилителей 38 А, 38D или усилителей с низким уровнем входных шумов, аналогичных предварительным усилителям, рассмотренным при ссылке на фиг. 2. Выход каждого малошумящего предварительного усилителя 38 А, 38D соединн с ADC 36, 36D. Выходы ADC 36, 36D через шину или каким либо другим образом подключены кCPU 50. В рассматриваемом варианте в качестве ADC 36, 36D желательно использовать 24-разрядные устройства, аналогичные ADC, рассмотренному при ссылке на фиг. 2. В рассматриваемом варианте измерение разности потенциалов производится между каждой парой опорных потенциальных электродовR1A, R1B и R2A, R2B соответственно. CPU 50 получает цифровые значения, представляющие потенциал, измеренный каждой парой опорных электродов R1A, R1B и R2A, R2B соответственно. Амплитуда фокусирующего тока на выходе каждого усилителя 44 А, 44 С мощности может регулироваться CPU 50 таким образом, чтобы потенциал, измеренный каждой парой опорных потенциальных электродов R1A,R1B и R2A, R2B, соответственно, был близок к нулевому значению. CPU 50 может осуществлять такое регулирование посредством, например, изменения амплитуды, или изменением рабочего цикла на выходах усилителей 44 А, 44 В мощности, или и того, и другого. Изменение амплитуды и/или рабочего цикла может быть выполнено для одного или обоих усилителей 44 А, 44 В мощности. Другие способы изменения или регулирования выходной мощности каждого из усилителей 44 А, 44 С мощности фокусирующего тока могут быть предложены квалифицированными в этой области специалистами. Цель такого регулирования амплитуды фокусирующего тока, которое осуществляется для сохранения близким к нулевому значению потенциала между опорными электродами R1A, R1B и R2A, R2B,-8 009838 соответственно, заключается в создании внутри обсадной трубы (12 на фиг. 1) области, в которой практически нет прохождения полного тока в обсадной трубе ни в верхнем, ни в нижнем направлении. Вариант реализации изобретения, показанный на фиг. 4, может содержать цифровой управляемый источник измерительного тока. В представленном варианте источник состоит из DAC 42 В измерительного тока, присоединнного при помощи шины или иным способом к CPU 50. Измерительный ток генерируется посредством введения цифровых значений, определяющих форму кривой тока, в DAC 42 В, который преобразует эти значения во входной сигнал для усилителя 44 В мощности измерительного тока,соединнного на входе с выходом DAC 42B. Выход измерительного тока усилителя 44 В мощности измерительного тока соединн с измерительным питающим токовым электродом М 0, и может возвратиться на земную поверхность, на обратный электрод 34 В или альтернативно на обратный токовый электрод 34 В на обсадной трубе. Измерительные потенциальные электроды M1A, M1B расположены с каждой стороны измерительного питающего токового электрода М 0. Каждый измерительный потенциальный электрод М 1 А, М 1 В и питающий электрод М 0 соединены через входы соответствующих малошумящих усилителей 38 В, 38 С для измерения потенциалов. Выход каждого малошумящего усилителя 38 В, 38 С для измерения потенциалов соединн с соответствующими ADC 36 В, 36 С, при этом цифровые значения,представляющие величину измеренного потенциала каждой соответствующей парой измерительных потенциальных электродов М 1 А, М 0 и М 1 В, М 0 вводятся в CPU 50 для последующей обработки. В качестве ADC 36 В или 36 С для измерения потенциалов также желательно применять 24-разрядные устройства. Удельное сопротивление горных пород за пределами обсадной трубы связано с потенциалом между измерительными потенциальными электродами и с амплитудой измерительного тока). Форма кривой, частота и рабочий цикл измерительного тока могут управляться практически тем же способом, как и в варианте, который рассматривался в связи со ссылкой на фиг. 2. Вероятные преимущества системы, изображнной на фиг. 4, заключаются в более точном управлении свойствами фокусирующего тока по сравнению с предшествующими возможностями, что позволяет производить более точное измерение потенциала между измерительными электродами М 1 А и М 1 В. Другой вариант реализации устройства согласно настоящему изобретению показан схематически на фиг. 5. Устройство включает совокупность электродов, размещнных на корпусе 18 устройства раздельно вдоль оси. Электроды обозначены буквами А, В, Р, О, N и М. Электроды соединены через переключающую систему, обозначенную управляющий блок 50 А (который может быть отождествлен или может являться частью контроллера, аналогичного по конструкции CPU 50 на фиг. 2). Управляющий блок 50 А определяет, какие из электродов подключаются к одной из выбранных схем. Схемы содержат источник 52 тока. Источник 52 тока может представлять собой цифровое синтезирующее устройство, которое может содержать DAC и усилитель мощности (не показаны отдельно). Схемы могут включать схему 51 для измерения напряжения (или потенциала), которая может содержать малошумящий предварительный усилитель и ADC (не показаны отдельно), аналогичные рассмотренным при ссылке на фиг. 2. Схемы могут также включать блок 53 обратной связи по напряжению, который может быть аналогичен по конфигурации источнику фокусирующего тока, рассмотренному при ссылке на фиг. 4. Для выполнения различного вида измерений устройство, показанное на фиг. 5, может выбирать источники измерительного и фокусирующего тока, подключаемые к выбранным электродам или выбранным парам электродов, и измерения напряжения на этих выбранных электродах или парах электродов. Примеры различных режимов измерений и электроды, используемые для выполнения измерений в каждом из режимов, приведены в следующей таблице: В приведенной выше таблице колонка Питающие токовые и обратные электроды представляет электроды, присоединнные к источнику 52 измерительного тока. Измерение потенциала производится между электродными парами, указанными в колонке Измерение потенциала между электродами. В соответствии с настоящим изобретением различные конфигурации устройства, содержащие соответствующим образом запрограммированный CPU (50 на фиг. 2), могут обеспечить практически в реальном времени автоматическое управление выбором различных электродов с целью, которая уже объяснялась выше при ссылке на фиг. 4, именно, расстоянием вдоль оси между измерительными электродами,предназначенными для измерения напряжения, а также расположением и величиной фокусирующего-9 009838 тока, подаваемого на различные фокусирующие электроды. Обобщнная блок-схема, показывающая один из вариантов системы, запрограммированной для выполнения вышеупомянутых функций, изображена на фиг. 6. Под номером 70 обозначена исходная конфигурация электродов, источников тока и схем для измерения напряжения, которые соответственно создают измерительный ток, фокусирующий ток и осуществляют измерение напряжения. Первоначальная конфигурация может быть установлена системным оператором, или задана предварительным программированием. Предварительно запрограммированная или установленная оператором начальная конфигурация может основываться на таких параметрах,как ожидаемая мощность различных горных пород и предполагаемое удельное сопротивление различных горных пород. На этапе 71 напряжения измерены по меньшей мере одной парой измеряющих напряжение электродов. В конфигурации, которая включает опорные потенциальные электроды, например рассмотренной при ссылке на фиг. 4, такие опорные потенциалы также могут быть измерены. На этапе 72 измеренные напряжения анализируются. Анализ может включать определение величины падения напряжения вдоль обсадной трубы для оценки сопротивления обсадной трубы, а также определение падения напряжения, создаваемого током утечки в породы. Анализ может включать определение направления поляризации для тех измерений опорных потенциалов, которые существенно отличаются от нуля. На этапе 75 анализ используется для оценки, представляют ли полученные характеристики устойчивый ряд измерений удельного сопротивления пород. Если характеристики устойчивы, то на этапе 77 результаты измерения напряжения используются для определения удельного сопротивления пород, обычно, как обсуждалось ранее, путм определения второй производной от амплитуды тока утечки по глубине, исправленной с учетом изменения сопротивления обсадной трубы на том участке, где проводились измерения. На этапе 73 результаты измерения напряжения могут быть использованы для создания модели распределения удельного сопротивления вне скважины (14 на фиг. 1), на участке, приближенном к устройству (10 на фиг. 1). Способы создания модели горных пород раскрыты, например, в патенте США 5809458, выданном Tamarchenko (1998), озаглавленном Способ моделирования характеристик скважинного каротажного устройства для измерения сопротивления через обсадку и его применение для определения удельного сопротивления горных пород. На этапе 74 модель подвергается анализу на чувствительность. Модель, используя соответствующий анализ на чувствительность, может быть использована на этапе 76 для определения оптимального расположения электродов фокусирующего тока. Если определнное оптимальное расположение электродов фокусирующего тока отличается от первоначального или текущего расположения, то на этапе 79 изменяется конфигурация, а на этапе 78 изменяются параметры фокусирующего тока для создания модели с оптимальной характеристикой чувствительности. Хотя данное изобретение было рассмотрено для ограниченного числа вариантов его реализации,специалисты, в соответствии с раскрытым здесь описанием, могут создать другие варианты без отклонения от объма данного изобретения. Соответственно, сфера действия изобретения должна быть ограничена только пунктами формулы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для измерения удельного сопротивления горных пород через проводящую трубу в скважине, содержащее зонд, выполненный с возможностью перемещения в скважине; группу потенциальных измерительных электродов, расположенных на зонде на расстоянии друг от друга и выполненных с возможностью создания электрического контакта с указанной трубой; по меньшей мере один токовый питающий электрод, расположенный на зонде и выполненный с возможностью создания электрического контакта с указанной трубой; цифровую схему для измерения напряжения, выполненную с возможностью управляемого соединения с выбранными измерительными приемными электродами; первый обратный токовый электрод, соединнный с трубой вблизи земной поверхности, и второй обратный токовый электрод, расположенный вблизи земной поверхности на расстоянии в стороне от первого токового электрода, а также переключатель для выбора пути возврата для измерительного тока от токового питающего электрода к одному из обратных токовых электродов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровая схема для измерения напряжения содержит по меньшей мере 24-разрядный аналого-цифровой преобразователь. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что частота выборки аналого-цифрового преобразователя по меньшей мере в тысячу раз превышает частоту электрического тока, подаваемого по меньшей мере на один токовый питающий электрод. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит синтезирующий цифровой источник тока,подключенный по меньшей мере к одному токовому питающему электроду. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанный источник тока выполнен с возможностью генерирования постоянного тока с переключаемой полярностью. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанный источник тока выполнен с возможностью генерирования постоянного тока с переключаемой полярностью, рабочий цикл которого составляет менее ста процентов. 7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанный источник тока выполнен с возможностью- 10009838 генерирования переменного тока заданной частоты и формы. 8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанный источник тока выполнен с возможностью генерирования псевдослучайной бинарной последовательности. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один управляемый источник фокусирующего тока, электрически подключенный к электродам фокусирующего тока, размещенным на зонде, для поддержания выбранного падения напряжения на паре опорных потенциальных электродов. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровая схема для измерения напряжения выполнена с возможностью определения смещения постоянного тока на потенциальных измерительных электродах при их, по существу, непрерывной работе. 11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что дополнительно содержит переключатель, выполненный с возможностью избирательного соединения электродов фокусирующего тока с источником фокусирующего тока и цифровой схемой для измерения напряжения. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит процессор, соединнный с переключателем, причем процессор выполнен с возможностью управления переключателем для соединения электродов с цифровой схемой для измерения напряжения, с источником питающего тока и с источником фокусирующего тока. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью выбора соответствующих соединений электродов посредством интерпретации командных сигналов, переданных устройству от управляющего блока, расположенного на земной поверхности. 14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью выбора соответствующих соединений электродов на основе измерения падения напряжения по меньшей мере на двух электродах. 15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит первый переключатель, управляемо соединяющий группу потенциальных измерительных электродов, токовый питающий электрод и цифровую схему для измерения напряжения, и второй переключатель, управляемо соединяющий группу потенциальных измерительных электродов, токовый питающий электрод и источник измерительного тока для проведения измерений падения напряжения по меньшей мере на одной из выбранных изучаемых глубин и при выбранной аксиальной разрешающей способности. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что содержит контроллер, расположенный вблизи зонда, причем контроллер выполнен с возможностью автоматического управления работой первого и второго переключателей. 17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что контроллер запрограммирован для автоматического управления работой первого и второго переключателей в соответствии с предварительно заданной последовательностью. 18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что контроллер выполнен с возможностью выделения команд, передаваемых с земной поверхности, для перепрограммирования режима работы первого и второго переключателей. 19. Способ измерения удельного сопротивления горных пород изнутри проводящей трубы в скважине, в котором пропускают электрический ток между первой позицией в скважине через проводящую трубу и второй позицией, расположенной на трубе возле земной поверхности; преобразуют в цифровую форму падение напряжения, измеренного между третьей и четвртой позициями, которые расположены на трубе между первой и второй позициями; пропускают электрический ток между первой позицией и пятой позицией, расположенной вблизи земной поверхности на удалении от трубы; повторяют преобразование в цифровую форму падения напряжения, измеренного между третьей и четвртой позициями; и определяют удельные сопротивления горных пород по преобразованному в цифровую форму падению напряжения. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что перемещают первую, вторую и третью позиции и повторяют первое и повторное преобразования в цифровую форму. 21. Способ по п.19, отличающийся тем, что пропускают фокусирующий ток вдоль трубы, который формируют таким образом, чтобы ограничить поток тока от первой позиции к пятой позиции в горизонтальном направлении в окрестности скважины. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что управляют амплитудой фокусирующего тока таким образом, чтобы падение напряжения, измеренное вдоль оси скважины между разными позициями, оставалось, по существу, равным нулю. 23. Способ по п.19, отличающийся тем, что управляют рабочим циклом тока, протекающего от скважины ко второй и пятой позициям возле земной поверхности, для согласования с кажущейся удельной электропроводностью горных пород. 24. Способ по п.19, отличающийся тем, что цифровую выборку выполняют со скоростью, по меньшей мере в тысячу раз превышающей частоту тока, протекающего от первой позиции, для обеспечения возможности определения переходных процессов. 25. Способ по п.19, отличающийся тем, что пропускание электрического тока между первой пози- 11009838 цией и четвртой позицией и пропускание электрического тока между первой позицией и пятой позицией выполняют с переключением полярности постоянного тока. 26. Способ по п.25, отличающийся тем, что частота переключений находится в диапазоне от 0,2 до 20 Гц. 27. Способ по п.25, отличающийся тем, что переключение выполняют в соответствии с псевдослучайной бинарной последовательностью. 28. Способ по п.19, отличающийся тем, что пропускают переменный электрический ток между первой позицией и четвртой позицией и между первой позицией и пятой позицией. 29. Способ по п.28, отличающийся тем, что частота переменного тока находится в диапазоне от 0,2 до 20 Гц. 30. Способ по п.19, отличающийся тем, что определяют аксиальное расстояние между второй и третьей позициями в соответствии с ожидаемым удельным сопротивлением горных пород. 31. Способ по п.30, отличающийся тем, что создают первоначальную модель горных пород, оценивают удельные сопротивления горных пород по преобразованным в цифровую форму измерениям напряжения и определяют аксиальное расстояние на основе различий между первоначальной моделью и полученными в результате оценки значениями удельных сопротивлений. 32. Способ по п.19, отличающийся тем, что определяют аксиальное расстояние между первой позицией и по меньшей мере одной из двух, второй и третьей, позиций в соответствии с ожидаемым сопротивлением горных пород. 33. Способ по п.32, отличающийся тем, что создают первоначальную модель горных пород, оценивают удельное сопротивление горных пород по преобразованным в цифровую форму измерениям напряжения и определяют аксиальное расстояние на основе различий между первоначальной моделью и полученными в результате оценки значениями удельных сопротивлений. 34. Способ по п.32, отличающийся тем, что пропускают фокусирующий ток через трубу в выбранных аксиальных положениях, при этом аксиальные положения для пропускания фокусирующего тока выбирают на основании по меньшей мере одной первоначальной модели с учетом различий между этой моделью и полученными оценками удельных сопротивлений, для ограничения области прохождения электрического тока, протекающего от первой позиции, предварительно определенной геометрией. 35. Способ по п.34, отличающийся тем, что регулируют амплитуду фокусирующего тока на основании по меньшей мере одной первоначальной модели с учетом различий между этой моделью и полученными оценками сопротивлений. 36. Способ по п.34, отличающийся тем, что измеряют падение напряжения между выбранными контрольными позициями вдоль трубы и регулируют амплитуду фокусирующего тока таким образом, чтобы падение напряжения между выбранными контрольными позициями было, по существу, равным нулю.

МПК / Метки

МПК: G01V 3/24

Метки: устройство, удельного, пород, сопротивления, способ, горных, измерения

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/16-9838-ustrojjstvo-i-sposob-dlya-izmereniya-udelnogo-soprotivleniya-gornyh-porod.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство и способ для измерения удельного сопротивления горных пород</a>

Похожие патенты